368

368 7. FALOWNIKI NAPIĘCIA

Na rysunkach 7.36 i 7.37 przedstawiono porównanie wyższych harmonicznych prądu falownika przy modulacji zadaną funkcją modulacji i wektorem przestrzennym napięcia [32].

_7.6_

Oddziaływanie czasu martwego na pracę falownika

W rozważaniach dotyczących modulacji PWM falowników napięcia przyjmowano na ogół idealną pracę przyrządów półprzewodnikowych mocy (ppm). W rzeczywistości wszystkie ppm mają skończone czasy włączania i wyłączania, co może powodować zwarcia gałęzi, w której dwa przełączane przyrządy są połączone szeregowo. Aby temu zapobiegać konieczne jest opóźnianie sygnałów sterujących (włączających) kolejne przyrządy.

Wskutek tego następuje chwilowa utrata sterowania i kształt napięcia wyjściowego odbiega od pożądanego. Ponieważ te opóźnienia sygnałów powtarzają się przy modulacji PWM w każdym okresie przełączeń, ich efekt nazywany efektem czasu martwego jest znaczący dla pracy falownika, zwłaszcza przy dużej częstotliwości przełączeń łączników. Zastosowanie szybkich ppm, takich jak MOSFET, SIT, IGBT itp., nie zmienia tej sytuacji w sposób znaczący, gdyż zwykle wykorzystuje się je przy odpowiednio dużej częstotliwości przełączeń i skumulowanie czasów opóźnień wielu sygnałów daje podobny efekt, jak zastosowanie elementów o dłuższych czasach przełączeń.

Na rysunku 7.38 przedstwiono gałąź falownika (jedna faza układu jednofazowego mostkowego lub układu trójfazowego), sygnały sterujące łączników (tranzystorów mocy) i napięcie wyjściowe. Sygnały bramkowe włączające tranzystory są opóźnione względem sygnałów bramkowych wyłączających. W czasie martwym oba tranzystory przestają przewodzić. Jeżeli w obwodzie obciążenia płynie prąd ciągły, co jest spowodowane zwykle dość znaczną indukcyjnością tego obwodu, to w czasie wyłączania tranzystora zaczyna przewodzić odpowiednia dioda zwrotna D_x lub D₂, podtrzymująca przewodzenie tego prądu. Która z dwóch diod zacznie przewodzić zależy od kierunku przepływu prądu. Jeżeli prąd falownika płynie w kierunku obciążenia (i > 0), to prąd obciążenia przejmuje dioda D₂; jeżeli prąd ma kierunek przeciwny, to w stan przewodzenia zostaje wprowadzona dioda Dj. Pomijając czas magazynowania nośników tranzystora można przyjąć, że fala napięcia wyjściowego różni się od idealnej fali PWM o powierzchnię zakreskowaną na rys. 7.38.

Czas martwy zwykle nie jest regulowany przez sygnały sterujące i zależy wyłącznie od warunków obciążenia (od kierunku prądu). Zmiana napięcia spowodowana czasem martwym przeciwdziała prądowi przy każdym jego kierunku i powoduje zmniejszenie amplitud prądu i napięcia wyjściowego. Poza tym czas martwy zmienia czas trwania impulsów napięciowych i jest przyczyną pojawienia się dodatkowych harmonicznych w fali napięcia wyjściowego.